この記事で分かること

日清紡マイクロデバイスのシリコンマザーボード

　日清紡マイクロデバイスが、シリコン基板の両面および内部を活用してICと受動部品を一体化する3次元実装技術「シリコンマザーボード（Si-MB®）」を発表しています。

　従来のチップレット技術では難しかった外付け受動部品の統合を実現し、回路の小型化と高性能化を両立可能な技術として、注目されています。

マザーボードとは何か

　マザーボード（メイン基板）とは、パソコンや各種電子機器において、CPUやメモリなどの主要な電子部品を接続・統合し、システム全体を動作させる中心的なプリント基板です。

　機器の「骨格」および「神経網」として機能し、主に以下の役割を担っています。

• 部品の接続・固定：CPU、メモリ、ストレージ（SSD/HDD）、グラフィックボードなどの各種パーツを直接差し込んだり接続したりします。
• データ通信（伝送）：基板内に配置された微細な配線（バス）を介して、各パーツ同士で高速にデータをやり取りさせます。
• 電力の制御・供給：電源ユニットから受け取った電力を、各部品に必要な最適な電圧に調整して供給します。
• 入出力（I/O）の管理：USB、HDMI、LANなどの外部接続端子を備え、周辺機器とのデータ入出力を仲介します。

　他の拡張カードや小さな回路基板（ドーターボード）をまとめて受け入れ、統括する存在であることから「母親（Mother）」の名が付けられています。

シリコンマザーボードとは何か

　シリコンマザーボード（Si-MB®）とは、従来の樹脂製（ガラスエポキシ等）プリント基板の代わりに、シリコン（Si）ウェハそのものを超小型のシステム基板（マザーボード）として利用する実装技術です。

　単にIC（半導体チップ）同士をつなぐ中間配線層（インターポザ）にとどまらず、基板自体に受動部品を内蔵・実装することで、システム全体の極小化を実現します。

主な技術的特徴

• 半導体プロセスの応用による超微細配線従来の樹脂基板（基板加工技術）ではなく半導体露光技術（ウェハプロセス）を用いて回路を描くため、樹脂基板では不可能なレベルの極細配線や高密度接続が可能です。
• 3次元（上面・内部・下面）の一体構造基板の上にICを置くだけでなく、基板内部にコンデンサや抵抗といった素子を形成し、さらに裏面（下面）にも外付け部品を配置する立体的な多層配置が行えます。
• 熱収縮・変形（熱膨張係数）の整合載せる側のICチップも基板も同じ「シリコン」素材であるため、温度変化による熱膨張の差がほぼゼロになります。これにより、接合部の破壊や基板の反り（ワープ）が起きにくく、高い接続信頼性を保てます。
• 周辺回路（アナログ機能）のシステム集積デジタル処理チップだけでなく、これまで外付けが必須だったアナログ周辺回路（抵抗・コンデンサ等）まで基板内に一体化し、1つの独立した「マザーボード」として機能させます。

従来のプリント基板・インターポザとの比較

項目	従来の樹脂プリント基板	シリコンインターポザ	シリコンマザーボード（Si-MB）
主な基板材質	ガラスエポキシ樹脂	シリコン	シリコン
主な役割	部品全体の実装・配線	先端IC同士の中間高密度接続	IC＋受動部品の一体化・超小型システム化
配線の細さ	数十μm単位	数μm～1μm以下	数μm～1μm以下
受動部品の統合	表面に個別実装（SMT）	原則不可（配線メイン）	内部形成 ＋ 両面実装で高度に統合

どのように表面に部品を実装するのか

　シリコンマザーボード（Si-MB®）における部品の実装は、「シリコン基板自体への部品形成・接合（製造プロセス）」と「完成した基板（パッケージ）のプリント基板への実装（顧客プロセス）」の2つの側面から解説できます。

1. シリコン基板への部品実装（製造プロセス）

　シリコンウエハの表面加工技術と高密度実装技術を組み合わせて組み立てられます。

• 上面（ICチップの実装）シリコン基板の表面に微細配線（再配線層：RDLなど）を形成し、その上に制御ICや機能チップを直に配置して電気的に接続（フリップチップ接合など）します。
• 内部（素子の作り込み）部品を後から載せるだけでなく、半導体のウエハプロセス（露光・成膜・エッチング技術）を用いて、基板内部に直接トランジスタ・抵抗・コンデンサなどの素子を一体形成します。
• 下面（外付け部品の実装）シリコン基板の裏面（下面）に印刷配線を形成し、その上にチップ抵抗などの小型外付け受動部品を表面実装（ハンダ付けや導電性接合）します。
• 上下層の電気的接続基板を貫通する微細な配線（TSV：シリコン貫通電極など）や端部配線を配することで、上面のIC・内部素子・下面の受動部品を最短距離で相互接続します。

2. プリント基板への実装（顧客側の導入）

　一体化されたシリコンマザーボードが最終製品（電子機器）のメイン基板（ガラスエポキシ樹脂基板など）にどのように実装されるかという点では、既存の表面実装（SMT）技術がそのまま活用されます。

• 既存パッケージ規格の採用モールド樹脂等で保護された外形には、量産実績のある既存の標準パッケージ規格（QFNやBGAなど）が採用されています。
• リフローハンダ付けが可能顧客は特別な半導体用設備を新設する必要がなく、従来のチップマウンター（自動部品配置機）やリフロー炉を備えた標準的な表面実装ラインで、一般的なICと同様にプリント基板へハンダ付け可能です。

　「シリコンウエハ上で超微細・立体的に回路を組み上げ、製品形状としては従来のプリント基板にそのままハンダ付けできる標準形式で提供する」という仕組みになっています。

課題は何か、樹脂製のマザーボードから置き換えはどれくらい進むのか

　シリコンマザーボード（Si-MB®）は、超極小化と高信頼性を実現する一方でコストや物理サイズに課題があり、樹脂製基板からの置き換えは「機器全体のメイン基板の代替」ではなく「高密度サブシステム・モジュール単位の局所的置換」として進みます。

主な課題

• 製造コストとウエハサイズの制約樹脂基板に比べ、シリコンウエハや半導体前工程（露光・薄膜形成等）を使用するため基板単価が高価です。また、ウエハサイズ（最大φ300mm）の物理的制約により、大型基板を作るほど面取り効率が悪くなりコストが急上昇します。
• 複合工程による歩留まり（ヤイルド）確保基板内部への受動部品形成、上面へのIC接続、下面への部品実装、上下をつなぐ配線形成など工程が多層化・複雑化するため、総合的な歩留まりの維持・向上が難しくなります。
• 高熱密度への熱設計対応実装面積を約80%削減して高密度化するため、単位面積あたりの発熱密度が高くなります。シリコン自体の熱伝導性は高いものの、パッケージ全体の熱伝導・放熱経路の設計が不可欠です。

樹脂製マザーボードからの置き換えの見通し

　機器全体の巨大なプリント基板（ガラスエポキシ等）がシリコンへ全面的に代わるわけではありません。樹脂基板の上に載せる「高密度・多機能な個別モジュール（部品）」として樹脂基板の一部を置き換えていくのが現実的な進展シナリオです。

適用領域	置き換えの進展見通し	主な理由・背景
小型モジュール（電源・アナログ・センサー等）	着実に進展	実装面積80%削減、低ノイズ・高精度化の付加価値が基板コスト増を十分相殺できるため（車載、医療、ウェアラブル等）。
PC・スマホ・大型機器のメイン基板	置き換えは進まない	コスト差が圧倒的であり、大面積のシリコン基板を作る技術的・経済的合理性がないため。

導入のしやすさが後押し

　完成品パッケージは既存のQFNやBGAといった標準外形を採用しているため、顧客側は既存のSMT（表面実装）ラインをそのまま使えます。設備投資なしで導入できる点が、モジュール部品としての採用を後押しします。

　シリコンマザーボードは樹脂基板を駆逐する存在ではなく、「樹脂基板の上に実装される超小型・高性能なサブシステム」として、ハイエンドおよび省スペース用途を中心に普及が進むと見込まれます。